基于北斗高分系统的信息服务平台应用

杨正午

(山西省信息产业技术研究院有限公司，山西 太原 030012)

0 引言

在我国广大的边境地区，特别是东北、西北等地，由于缺乏足够数量和密度的高精度北斗基础设施及用于导航增强信号传输的网络没有或满足不了要求，与厘米级覆盖能力目标的实现相距甚远。中高分辨率遥感数据主要依赖高分专项卫星数据，卫星数据国土覆盖每年不足一次，相比美国、欧洲等传统遥感强国，中国遥感系统卫星系统起步晚、技术底子薄，虽然通过近些年的发展取得了长足的进步，但仍与世界先进水平存在差距。对于遥感信息提取，停留在遥感数据的基础处理上，在多源数据融合与联合反演、遥感数据深层次挖掘以及遥感增值服务方面的发展水平与国外仍有差距[1，2]。在未来的十年中，北斗遥感技术将步入一个能快速、及时提供多种对地观测数据的新阶段。遥感图像的空间分辨率、光谱分辨率和时间分辨率都会有极大的提高。高分辨率遥感数据的应用随着空间技术发展，尤其是地理信息系统和全球定位系统技术的发展及相互渗透，将会越来越广泛[3，4]。

1 北斗高分系统总体架构

北斗高分系统综合应用示范总体架构结合北斗高分信息化规划要求，以开展全方位、高效率、智能化的行业业务应用为原则，强化北斗在行业领域的服务和支撑。采用标准的层级结构体系，建立体系架构分层模型，共分为应用业务层、基础支撑层、基础设施层三个部分，并构建一整套安全规范体系，确保数据及信息安全。总体如下：

1.1 感知层

感知层是北斗终端、传感器及高分遥感载荷的信息采集和汇集层，包括农机终端、车载终端、手持终端、人员定位终端、高精度终端等。可将车辆、人员、货物、环境、农作物等对象的位置、速度、图片、视频等感知信息进行采集、存储、传输。

1.2 网络传输层

网络传输层主要包括4G/5G移动互联网、互联网、专用VPN网络、北斗短报文、物联网通讯的方式将感知层的各种数据传输至平台。不同的终端设备采用一种或多种方式进行传输。平台与平台之间主要通过互联网、VPN专网进行数据交互。

1.3 基础设施层

基础设施层包括服务器、存储器、网络设施、网络安全防御、数据库和软件等；基础设施层是将大量相同类型的资源构成同构或接近同构的资源池，如计算资源池、数据资源池等。构建资源池更多是物理资源的集成和管理工作，利用管理中间件对云计算的资源进行管理，并对众多应用任务进行调度，使资源能够高效、安全地为应用提供服务。

1.4 平台服务层

平台服务层主要以标准化的数据接口为各示范应用的业务系统提供基础数据服务。平台服务层包括数据资源池、基础服务和应用服务。数据资源池包括基础数据(空间地理信息数据、系统支撑数据、高分遥感数据、终端实时数据等)和专题应用数据(农业农情数据、车辆动态监控数据、环保监测数据等)；基础服务包括数据连接、汇聚、融合、共享、分析、挖掘、交换等服务；应用服务包括北斗信息服务、电子地图服务、遥感影像信息服务、终端管理与展示等应用服务内容。

1.5 应用系统层

用户层主要负责平台信息系统的各个子系统的部署和使用能够为政府、行业、企业和大众提供融合、统一的服务平台。用户层不局限于具体的技术，其主要特点和目标是能够将网络和现实环境中的各种用户信息、网络资源等应用关注的各要素进行统一管理和应用，能够面向不同的需求提供不同服务。主要包含：农机管理系统、网约农事服务系统、城市特种作业车辆指挥调度系统、环保巡查以及环境监测系统等。通过云平台接口层提供访问底层的资源和服务器。

2 北斗高分综合信息服务平台

北斗高分综合信息服务平台接入各种北斗终端的位置数据、状态数据以及北斗 RDSS 短报文数据，并可向接入平台的所有终端进行数据交互、指令下发等远程控制操作。平台对所有的终端信息进行统一管理。采用统一的数据服务接口，面向边防巡护、数字农业、环境保护、城市管理等方向的各业务子系统提供经过处理的终端位置数据、状态传感数据以及经过处理后的可供业务系统直接使用的高分遥感数据，平台组成如图1所示。

图1 北斗高分综合信息服务平台组成示意图

1) 数据接入功能

数据接入服务是北斗高分综合信息服务平台与示范应用的各型终端、第三方平台进行数据交互的通道，是一个高性能分布式数据采集系统，提供对外接口的扩展和模块管理功能，支持车辆/人员位置、环境图片、车载视频、传感器、农情信息等采集数据的接入，可实现信息数据采集和动态监测数据的一体化管理。负责从外部系统接入各种类型的原始数据，并对原始数据按照需求进行处理，为用户提供高效的、稳定的数据采集和处理服务。

2) 数据存储服务

细化北斗高分示范系统的数据来源，主要分为高分遥感数据、空间地图数据、终端采集数据、系统数据四部分，包含了各种交互指令、文本、图片、音视频等数据格式。根据存储对象的不同特性，将存储系统集中并分离为结构化数据存储和非结构化数据(包括高分图片、视频等数据)存储两大模块，每个模块均采用高性能、虚拟化、扩展性能强的独立存储系统进行支持。

3) 数据服务引擎

数据服务引擎主要服务数据接入服务采集到的感知数据(北斗终端、高分载荷、传感器、监控程序采集的数据)、数据交换与汇聚服务系统载入的结构化数据、由数据分析服务得到的结构化数据。其中，感知数据和对象数据需要通过数据服务引擎进行实时存储；而结构化数据由其他组件直接入库，数据服务引擎只有访问权限。

4) 数据交换与汇聚服务

可实现多源、多格式空间数据和各示范地区业务属性数据的抽取、转换、整合和加载功能；提供图形化操作界面，支持复制、增量更新，可定义各种规则，工作流程可以自动定时执行。

5) 空间地理数据服务

平台地图服务可选的引擎包括GeoServer、ArcGIS以及GeoStar等。平台地图发布基于WebGIS，它是利用Web技术来扩展和完善地理信息系统的一项新技术。

6) 应用服务引擎

通过建立屏蔽底层技术异构性的基础架构，将北斗卫星定位、授时、通信、视频、图片、传感器等公共业务功能封装成可复用、互操作的服务，并根据各行业和领域业务的需求进行动态组合，从而使集成后的架构可以快速适应业务流程的变更，并满足新型业务开展的信息化需求。

7) 北斗卫星通信数据服务

通过北斗指挥型用户机实现平台端北斗RDSS数据的接收、发送。同时，平台还具有外部数据接口，可从具有北斗分理级服务资质运营商平台接入北斗RDSS数据。北斗RDSS终端用户或管理用户也可通过北斗高分综合应用服务平台将北斗RDSS通信指令下发至用户终端上，从而实现北斗RDSS终端与业务应用系统之间的双向通信。

8) 高分遥感数据服务

北斗高分综合信息服务平台连接高分专线接入高分遥感影像数据，提供高分遥感卫星数据处理一体化服务，实现高分遥感数据的智能一体化汇聚、引接、处理、管理、分发与共享服务；根据用户实际需求提供多元化的数据服务，提供基于平台调度的高分遥感卫星的预处理，实现高分遥感卫星数据的一体化处理、管理和服务，对遥感数据接入、遥感数据标准化处理、遥感数据分发传输等服务组件进行统一的调度、管理，为四大应用系统提供基础遥感数据支撑。

3 未来发展

国家对北斗卫星导航、高分遥感产业高度重视，发布多项政策引导，推动北斗高分的快速发展。在《国家卫星导航产业中长期发展规划》政策的推动下，北斗产业链逐步完善，应用领域不断拓展，卫星导航市场规模逐步扩大。高分系统作为国家重大专项，为国家重大区域战略和发展规划实施、国家级新区建设、重点流域水环境、生态修复、重大灾害应急响应和灾后重建、国家重要战略资源安全等多个领域提供服务，满足各领域对高分遥感数据的需求。基于北斗高分系统信息服务平台能够接入“人、车、船、基础设施”等各种传感器的位置、状态数据以及高分遥感数据，并实现数据的标准化处理、存储、大数据分析等，进一步促进北斗卫星导航系统的规模化应用。